[發明專利]制備聚合物濃溶液的方法和設備

有效

• 申請號: 200680010165.0
• 申請日: 2006-04-05
• 公開（公告）號: CN101193952A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: T·布登貝格;H·帕維爾;W·菲舍爾
• 申請（專利權）人: 亞什蘭許可和知識產權有限公司
• 主分類號: C08J3/05
• 分類號: C08J3/05;C08L33/26
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 程大軍

本發明涉及由粒狀聚合物，特別是高分子合成聚合物制備水溶性聚合物溶液的方法以及用于實施該方法的設備。

水溶性聚合物常常具有差的溶解行為，特別是當它們具有高分子量時。例如，聚丙烯酰胺，代表了一大類水溶性聚合物。丙烯酰胺聚合物主要以高分子(平均分子量＞10⁵)、陰離子型、陽離子型或兩性共聚物的形式用于許多固液分離領域。除城市廢水處理廠和紙工業之外，采礦業是絮凝劑的另一個重要用戶。

所述聚合物以水溶液使用，聚合物的濃度大約是0.5重量％。當制備該水溶液時，將所需量的聚合物攪拌下加入水中，并在溶液中分散。固體丙烯酰胺聚合物在與水接觸時由于傾向于形成團塊即聚結，而妨礙了它們在水中的分散。在將聚合物粉末加入到水中之后，通過不溶解的固體包封在水濕聚合物的外層包膜延緩了水進一步滲入固體顆粒，從而直接形成固體聚合物團塊。這種聚結尤其是由聚合物粉末的細粉部分低于200μm而引起的。

在連續適度的攪拌下，完全溶解聚合物需要1-2小時的熟化時間。為了制備活性物質溶液，已知的有包括熟化罐和儲罐的雙罐系統，每個罐具有3-10m³的容量，取決于制造商或想要的容量。熟化之后，將制備的聚合物溶液裝回到儲罐中，在儲罐中連續攪拌，從其中連續移除，直到變空。同時，在熟化罐中新制備的聚合物溶液被泵抽到空的儲罐中。

由于高裝填體積和長的熟化、等待、再充填和排空時間，有時聚合物溶液在使用之前，要在罐中停留好幾天。因此，由生物降解和剪切誘導降解過程可能降低聚合物溶液的效力。

為了確保聚合物溶液的半連續供應，使用所謂的三腔溶解系統。在三腔溶解系統中，由切向水流潤濕的粒料進入第一腔室，并通過攪拌器系統進行均化和溶解。第一腔室液面上升導致液體溢出，溶液從而進入到第二腔室中，在第二腔室中同樣有攪拌器實現均化和溶解。當第二腔室的液體達到溢流標記時，溶液流入到第三腔室中，在其中通過攪拌器再次實現均化和溶解。在第三腔室中存在一個具有最低接觸(開始腔室1濕潤過程)和最高接觸(停止腔室1濕潤過程)的液面計，根據液位開始或停止第一腔室的潤濕過程。這樣溶解的粒料在約30-60分鐘的熟化時間后，能夠用于生產工藝。

此外，熟化時間后，聚合物水溶液中仍然存在部分包含不溶解聚合物的凝膠。凝膠含量不僅會導致聚合物溶液作用的喪失，而且會由于堵塞篩孔引起技術問題，或者在造紙中導致紙面的不平整。

濃度多至約0.5重量％的溶液仍可以緩和地被泵抽，以致于在泵抽過程中沒有發生顯著的剪切降解。加壓運送高濃度溶液完全是可能的，但總是會導致部分聚合物降解。在工業規模上限制為低濃度的聚合物溶液，需要安裝大的、笨重的和昂貴的溶解站。

為了獲得盡可能無凝膠的聚合物，在現有技術已公知各種剪切系統，然而，它們在減低凝膠量的同時，也引起不希望的聚合物溶液粘度的降低。粘度下降是由于聚合物分子量的降低，并導致效力的下降。

因此，在WO?95/20?431中描述了一種方法，其中包含聚合物溶液的水凝膠在壓力下穿過篩孔寬度逐漸降低的線內濾器。

在EP?0?050?312?A1中，描述了一種用于分散聚合物粉末，隨后將其溶解在溶劑紊流中的裝置和方法。在這種情況下，發現對聚合物粉末的顆粒大小有很大的依賴性。分散在裝置中發生，所述裝置基本上由具有用于聚合物粉末和切向液體進料的裝料口的漏斗、具有環狀噴嘴和噴射泵的排放管組成。在這種情況下，由于聚合物粉末粒徑＞800μm的未溶的溶脹體引起的效力喪失變得非常明顯。而包含的高度分散的聚合物粉末導致過大的溶液粘度，和裝置的堵塞。

在EP?0?051?264?A1中，描述了一種在紊流中溶解聚丙烯酰胺凝膠顆粒的方法。在這種情況下，在溶解步驟之前，用多價鹽溶液對聚合物顆粒進行長達20分鐘的處理。由此形成的聚合物溶脹體通過由溶解罐和管道系統組成的流動型裝置再循環，直到該溶脹體被破壞。所述流動裝置描述于DE-OS-28?07?709中。由于鹽的添加，由該方法制備的聚合物溶液在用作絮凝劑時顯示出下降的效力。

DE-OS?26?27?367描述了一種用于混合聚合物聚電解質粉末和水的方法和裝置，其中所述粉末由風力進入管道，并用其中的液體噴灑，隨后夾帶液體進入裝有攪拌裝置的溶解罐中。建議所述粉末輸送管道由透明塑料材料制成，從而可能確定由聚合物粉末聚結引起的堵塞的位置。